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安全密封
石油与化工设备
2010年第13卷
干气密封在氢气压缩机中的应用
朱良
(中石化北京燕山分公司聚酯事业部北京102500
[摘要]对压缩机由原机械密封改造为干气密封的可能性做了分析,并介绍了具体的方法。
[关键词]机械密封;浮环密封;干气密封
循环氢气压缩机山德国 DEMAG公可1978年生力,从而可阻止工作介质向外泄漏リ。
产,1980年投产使用。该机组由电机驱动,经过1存在的问题
VOITHE联轴节无级调速,齿轮箱变速后将动能传于
主机,压缩机本体为单缸三级径向透平压缩机。
在使用过程中主要存在以下几方面的问题。
该压缩机密封系统为机械密封加浮环密封组
(1)由于其属于接触式密封,功耗及摩擦热
成,工艺侧为机械密封,大气侧为浮环密封,机较大,适用的压力及转速条件较低
组下层的油站为机封系统提供密封油及润滑油。
(2)封液系统较复杂,辅助设各以及电、仪
等自控元件多,造成使用可靠性下降,维护、维
表1压缩机主要参数表
修任务较重;
项目
单位
参数
(3)浮环密封稳定性较差,调节难度大,造
介质
氢气
成工艺气易泄漏;
06MV3A
(4)工艺气污染润滑油,使润滑油内的胶质
叶轮数
工艺段数
成分增加,pH值呈弱酸性,対仪表探头及引线造
成腐蚀,影响仪表控制系统的准确性和可靠性;
正常转速
r/min
11650
最大速度
11650
5)封油和润滑油互串,使封油和润滑油闪
r/ minl
第一临界速度
5770
点下降,粘度下降,导致机组封油和润滑油质量
入口流量
3483
不合格,影响机组的正常润滑和调节系统的正常
入口压力
调节
1.275
入口温度
(6)封油质量不稳定,浮环密封面出现磨损
现象,影响浮环的密封效果和使用寿命
该机组具有高转速,介质易燃易爆等特点,
(7)封油与工艺气互串,若差压调节不好,
对于此特点要求压缩机密封系统有非常高的可靠封油有串至机内或上艺气泄漏至封油箱挥发至大
性,尽可能少的泄漏量,能够长周期连续运转,气中的可能,会造成压缩机转子损坏、环境污
轴封的寿命也要足够长,日前密封形式为机械密染,甚至威胁到装置的安全生产。
封加浮环密封的组合型密封,两道密封间的密封
鉴于以上原因,使用浮环密封不仅对该机组
油总保持比工艺气体高0.2-0.3MPa以油封气来达到的长周期平稳运行有较大影响,维修工作量大,
密封目的。其特点是密封结构简单,技术成熟,
费用高,也不适应现代企业对环保及节能降耗越
内泄漏量小,曾经是压缩机上应用较广泛的一种来越高的要求
轴封形式。
2密封系统特点
浮环密封是径向间隙和轴向间隙的组合,
是依靠密封间隙内的流体阻力效应达到阻漏的目
根据压缩机的情况,要求其密封系统具备以
的。当轴运转时,由于轴与浮坏之间有一定间
隙,浮环能自由浮动,其间隙内形成一层流体油作者简介:朱良(1971),男,湖南汝城人,研究生学历,高
膜,产生很大的流体动力,其压力高于介质压级工程师。
第2期
朱良干气密封在氢气压缩机中的应用
下特点
力作用下,密封面被推开,流动的气体在两个密
(1)工艺介质不向大气泄漏
封而间形成一层很薄的气膜,此气膜厚度一般在
(2)密封寿命长
3m左右。根据气体动力学研究表明,当干气密
封气膜层厚度为2-3um时,流过间隙的气体流动
(3)受工艺波动影响小;
层最为稳定,这也就是干气密封气膜厚度设计值
(4)密封辅助系统简单可靠
选定在2-3μm的原因。当气体静压力、弹箦力形
(5)开停车程序简单,使用方便
成的闭合力与气膜反力相等肘,该气膜厚度十分
(6)检修维护容易,无需在线檢修维护。
稳定,千气密封密封面间的气膜具有良好的气膜
鉴于以上要求,J-101压缩机应选用技术先刚度,保证密封运转稳定可靠。正常条件下,作
进、工艺成熟的千气密封。
用在密封面上的闭合力(弹簧力和介质力)等于开
启力(气膜反力),密封间隙为设计工作间隙。当
3千气密封的工作原理
受外部于扰,气膜厚度减小,则气膜反力増加,
干气密封是上世纪60年代末期以气体润滑轴开启力大于闭合力,迫使密封工作间隙増大,恢
承的概念为基础发展起来的,其中以螺旋槽密封复到正常值。相反,若密封气膜厚度增大,则气
最为典型。经过数年的研究,美国约翰?克兰公司膜反力减小,闭合力大于开启力。密封面间隙恢
率先推出于气密封产品并投入工业使用。它是一复到正常值。因此,只要在设计范围内,当外部
种新型的非接触式轴封。其结构与普通机械密封干扰消失以后,气膜厚度就可以恢复到设计值
类似。但重要区别在于,干气密封其中的一个密可见,干气密封的密封面间形成的气膜具有一定
封环上面加工有均匀分布的浅槽。运转时进入浅的气膜刚度,气膜刚度大,干气密封抗干扰能力
槽中的气体受到压缩,在密封环之间形成局部的越强,密封运行越稳定。干气密封的设计就是以
高压区,使密封面开启,从而能在非接触状下获得最大的气膜刚度为目标而进行的。
运行,实现密封
于气密封技术用“气封液或气封气”的新
观念替代传统的“液封气或液封液”观念,可保
旋向
密封坝
证任何密封介质实现零逸出。由于它不需要密封
润滑油,省去了封油系统及用于驱动封油系统运
密封堰转的附加功率负荷。其所需的气体控制系统也比
封油系统筒单得多。而且泄漏量小,寿命长,维
螺旋槽
护费用低,密封驱动功率消耗小。所以,于气密
封更适合作为高速高压下的大型离心压缩机的轴
。目前已在我国的石化、炼油、化工等行业的
引进装置中越米越多地得到应用。与普通接触式
机械密封相比,干气密封具有以下优点
省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运
转的附加功率负荷。
大大械少了计划外维修费用和生产停车
避免了工艺气体被油污染的可能性
密封气体泄漏量小。
图1干气密封旋转环示意图
维护费用低,经济实用性好。
干气密封基本结构由旋转环,静环,弹簧,
密封驱动功率消耗小
密封圈以及弹簧座和轴套组成。旋转环密封面经
密封寿命长,运行可靠。
过研磨,抛光处理,并在其上面加工出有特殊作
用的液体动压槽。干气密封旋转环旋转时,密封4干气密封改造可行性分析
气体被吸入动压槽内,由外径朝向中心,径向分4.1于气密封选型
量朝着密封堰流动。由于密封堰的节流作用,进
常用的密封形式有单端面干气密封、双端面
入密封面的气体被压缩,气体压力升高,在该压干气密封、串联干气密封、带中间进气的串联干